美女櫻不同品種耐熱性評(píng)價(jià)

田治國(guó)， 楊 艷， 王 飛

(1.常州大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，江蘇常州 213164； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100)

美女櫻(Vebenahybrida)是馬鞭草科馬鞭草屬多年生草本植物，具有花期長(zhǎng)、觀賞效果好、抗性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于城市園林花壇與花境等空間中。目前關(guān)于美女櫻的研究主要集中在組培與育種等方面[1-4]，對(duì)其抗性方面的研究較少，尤其高溫脅迫下不同品種的抗性差異未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

植物的耐熱性是由多基因控制的數(shù)量性狀，高溫脅迫下的傷害會(huì)涉及到一系列生理生態(tài)變化。因此，建立科學(xué)而高效的耐熱性評(píng)價(jià)方法極為必要的。近年來(lái)，已有學(xué)者利用多元統(tǒng)計(jì)分析法如主成分分析、隸屬函數(shù)或聚類分析等方法對(duì)植物抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并已得到廣泛應(yīng)用，如銀杏[5]、辣椒[6]、偃麥草[7]、萬(wàn)壽菊[8]等。其中一般認(rèn)為主成分分析方法解決了綜合變量覆蓋和降維問(wèn)題，降低了數(shù)據(jù)對(duì)象集合的相異度和維度，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)對(duì)象集合的聚類歸約，其結(jié)果更為科學(xué)合理[9-12]。

因此，本試驗(yàn)以美女櫻9個(gè)主栽品種為材料，測(cè)定了高溫脅迫后的16個(gè)生理指標(biāo)，進(jìn)行主成分分析，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，求得各品種的綜合評(píng)價(jià)值，旨在對(duì)美女櫻部分生理指標(biāo)與耐熱性之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出耐熱性強(qiáng)的美女櫻品種，以期為今美女櫻的耐熱性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為目前園林廣泛栽植的美女櫻品種諾瓦利斯、幻想、明星之夢(mèng)、祥和、坦馬里、夏夜之夢(mèng)、傳奇、陽(yáng)臺(tái)白色、迷案等，共計(jì)9個(gè)品種。種子從園藝公司購(gòu)買，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院溫室內(nèi)育苗。

1.2 方法

2015年5月中旬播種于育苗盤中，待長(zhǎng)到3對(duì)真葉時(shí)，將幼苗定植到16 cm×14 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，以泥炭土 ∶園土(體積比)=1 ∶2 為栽培基質(zhì)，進(jìn)行水分、營(yíng)養(yǎng)等正常管理。7月上旬選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植株進(jìn)行晝/夜溫度為38 ℃/22 ℃的高溫脅迫(經(jīng)預(yù)備試驗(yàn)確定)，空氣相對(duì)濕度50%，光周期14 h，光照度10 000 lx。處理前統(tǒng)一澆水，使盆中土壤濕度基本保持一致。以25 ℃/20 ℃(晝/夜)環(huán)境下生長(zhǎng)的植株為對(duì)照。每處理設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)6株。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行主成成分分析與隸屬函數(shù)分析。

指標(biāo)性狀的耐熱系數(shù)采用Bouslama等的方法[18]計(jì)算。指標(biāo)性狀耐熱系數(shù)(%)=高溫處理測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值×100。將每一品種的各綜合指標(biāo)通過(guò)公式U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)轉(zhuǎn)換后分別得到各品種的隸屬函數(shù)值U(Xi)[19]。式中Xmin表示第i個(gè)綜合指標(biāo)的最小值，Xmax表示第i個(gè)綜合指標(biāo)的最大值，求出所有品種綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，其值越高，耐熱性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品種耐熱系數(shù)和相關(guān)性分析

表1 美女櫻不同品種生理指標(biāo)的耐熱系數(shù) %

表2 各生理指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣

2.2 主成成分分析

16個(gè)生理指標(biāo)的耐熱系數(shù)轉(zhuǎn)化為4個(gè)主成分，前4個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為42.68%、21.14%、15.41%和 9.38%，前4個(gè)綜合指標(biāo)的累積貢獻(xiàn)率達(dá)89.61%(表3)，說(shuō)明這4個(gè)主因子所包含的要素信息量可以反映出16個(gè)性狀指標(biāo)原始特征參數(shù)的大部分信息，因此可以用這4個(gè)主成分對(duì)其耐熱性進(jìn)行分析。

根據(jù)各指標(biāo)的耐熱系數(shù)(表1)結(jié)合各綜合指標(biāo)的系數(shù)(表3)，從而得到每個(gè)品種的4個(gè)綜合指標(biāo)值CI(x)(表4)。對(duì)于同一個(gè)CI(x)而言，其值越大，說(shuō)明該品種在這一綜合指標(biāo)上的表現(xiàn)抗性越強(qiáng)，反之則較差。因此，從表4可以看出，坦馬里、迷案在CI(1)上表現(xiàn)較耐熱；諾瓦利斯在CI(2)上比較耐熱；明星之夢(mèng)在CI(3)上表現(xiàn)耐熱；祥和在CI(4)上表現(xiàn)比較耐熱。9個(gè)品種耐熱性強(qiáng)弱由這4個(gè)綜合指標(biāo)共同決定。

2.3 隸屬函數(shù)分析

以第1主成分分析各指標(biāo)的負(fù)荷量計(jì)算各指標(biāo)對(duì)美女櫻耐熱性的作用大小。4個(gè)綜合指標(biāo)在評(píng)價(jià)耐熱性中所起的作用不同，因而在CI(x)值的基礎(chǔ)上利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行數(shù)值的轉(zhuǎn)換，分別得到各品種的隸屬函數(shù)值U(x)和綜合評(píng)價(jià)值(D)，根據(jù)D值評(píng)價(jià)各品種耐熱性的差異。由表5可知，D值最大的是諾瓦利斯；最小的是幻想。9個(gè)品種耐熱性由強(qiáng)到弱依次為諾瓦利斯、迷案、坦馬里、明星之夢(mèng)、陽(yáng)臺(tái)、祥和、夏夜之夢(mèng)、傳奇、幻想。

3 討論

植物的耐熱性是一個(gè)由多種因素影響的數(shù)量性狀。因此，對(duì)植物的耐熱性鑒定應(yīng)從形態(tài)、生理等眾多指標(biāo)中篩選出有顯著影響的幾個(gè)主要指標(biāo)，通過(guò)綜合評(píng)定，減少單一指標(biāo)的試驗(yàn)誤差，結(jié)果才更合理和有效[20]。由于主成分為綜合變量且相互獨(dú)立，所以用主成分值作為選擇利用的指標(biāo)，可較準(zhǔn)確地了解各性狀的綜合表現(xiàn)[21-22]，以此為基礎(chǔ)，求出所有品種的每一個(gè)綜合指標(biāo)值及相應(yīng)的隸屬函數(shù)值后，依據(jù)各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行加權(quán)，便可得到各個(gè)品種抗逆性的綜合評(píng)價(jià)值，可以較為科學(xué)地對(duì)各品種的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。近年來(lái)，多元統(tǒng)計(jì)分析方法在農(nóng)學(xué)上的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，柳新紅等分別用主成分分析與隸屬函數(shù)法分別評(píng)價(jià)了翅莢的抗寒性與油用向日葵品種種子抗鹽堿性，均認(rèn)為其準(zhǔn)確可靠，與實(shí)際情況相符[23-24]。本試驗(yàn)中，用主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)美女櫻不同品種的耐熱性，其結(jié)果與田間試驗(yàn)的形態(tài)觀測(cè)基本一致。

表3 各綜合指標(biāo)的系數(shù)及貢獻(xiàn)率

表4 各品種的綜合指標(biāo)CI(x)值

表5 9個(gè)品種隸屬函數(shù)U(x)值和耐熱排名

本試驗(yàn)選擇了反映高溫脅迫條件下與耐熱性緊密相關(guān)的16項(xiàng)生理指標(biāo)，但是同品種16個(gè)不同生理指標(biāo)的耐熱系數(shù)以及同一指標(biāo)不同品種的耐熱系數(shù)均有較大變幅，因此不能根據(jù)各指標(biāo)的耐熱系數(shù)直接判斷其性的強(qiáng)弱。本試驗(yàn)中將單一的生理指標(biāo)耐熱系數(shù)通過(guò)主成成份分析法轉(zhuǎn)化為彼此獨(dú)立的4個(gè)綜合指標(biāo)值，這些指標(biāo)可代表美女櫻耐熱性89.61%的原始數(shù)據(jù)信息量，因而可以全面地反應(yīng)原始數(shù)據(jù)。再依此為基礎(chǔ)通過(guò)隸屬函數(shù)的方法進(jìn)行品種的綜合評(píng)定，以D值作為綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，消除單個(gè)指標(biāo)的片面性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更科學(xué)合理。因此通過(guò)綜合評(píng)定既考慮了各指標(biāo)間的相互關(guān)系，又考慮到各指標(biāo)的重要性，從而得出的結(jié)論與實(shí)際結(jié)果比較一致。本研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)綜合分析9個(gè)品種耐熱性由強(qiáng)到弱依次為諾瓦利斯>迷案>坦馬里>明星之夢(mèng)>陽(yáng)臺(tái)>祥和>夏夜之夢(mèng)>傳奇>幻想。

本研究系統(tǒng)地提出了一套可應(yīng)用于美女櫻耐熱品種篩選的多元統(tǒng)計(jì)分析流程，將為其品種耐熱性評(píng)價(jià)提供參考。

[1]孫曉梅，尚德郁，楊宏光，等. 細(xì)葉美女櫻和美女櫻種間雜交親和性的研究[J]. 北方園藝，2007(12)：101-102.

[2]徐小玉，張鳳銀，曹 陽(yáng). 赤霉素和乙烯利對(duì)美女櫻種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 種子，2014，33(6)：72-74.

[3]呂清璐，沈向群，汪 玉. 美女櫻(Verbenahybrida)莖尖組織培養(yǎng)[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19(3)：198-202.

[4]呂清璐，沈向群，汪 玉，等. 美女櫻雄性不育系與可育系花器官發(fā)育過(guò)程中生理生化指標(biāo)的比較分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(3)：221-223.

[5]曹福亮，鄭 軍，汪貴斌，等. 高溫脅迫下14個(gè)銀杏品種的耐熱性[J]. 林業(yè)科學(xué)，2008，44(12)：35-38.

[6]李曉芬，尚慶茂，張志剛，等. 多元統(tǒng)計(jì)分析方法在辣椒品種耐鹽性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2008，35(3)：351-356.

[7]孟 林，尚春艷，毛培春，等. 偃麥草屬植物種質(zhì)材料苗期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2009，18(4)：67-74.

[8]田治國(guó)，王 飛，張文娥，等. 多元統(tǒng)計(jì)分析方法在萬(wàn)壽菊品種抗旱性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(12)：3315-3320.

[9]徐 俊，夏驕雄，李 青. 用主成分提取進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)聚類預(yù)處理[J]. 上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，13(6)：705-719.

[10]王 移，衛(wèi) 偉，楊興中，等. 黃土丘陵溝壑區(qū)典型植物耐旱生理及抗旱性評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，27(4)：56-61.

[11]Mekonnen F，Mekbib F，Kumar S，et al. Phenotypic variability and characteristics of lentil(LensculinarisMedik.) germplasm of Ethiopia by multivariate analysis[J]. Journal of Agricultural and Crop Research，2014，2(6)：104-116.

[12]高煥章，吳 楚，李申如，等. 綜合指數(shù)法在核桃選種中的應(yīng)用研究[J]. 林業(yè)科學(xué)，2002，38(3)：171-176.

[13]高俊鳳. 植物生理試驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)[M]. 西安：地圖出版社，2000.

[14]Prochazkova D，Sairam R K，Srivastava G C. Oxidative stress and antioxidant activity as the basis of senescence in maize leaves[J]. Plant Science，2001，161(4)：765-771.

[15]Ke D S，Wang A G，Sun G C. The effect of active oxygen on the activity of ACC synthase induced by exogenous IAA[J]. Acta Botanica Sinica，2002，44(5)：551-556.

[16]TanakaK，SudaY，KondoN.Ozone tolerance and the ascorbate

dependent hydrogen peroxide decomposing system in chloroplasts[J]. Plant & Cell Physiology，1985，26(7)：1425-1431.

[17]Griffith O W. Determination of glutathione and glutathione disulfide using glutathione reductase and 2-vinylpyridine[J]. Analytical Biochemistry，1980，106(1)：207-212.

[18]Bouslama M，Schapaugh W T. Stress tolerance in soybeans.Ⅰ. Evaluation of three screening techniques for heat and drought tolerance[J]. Crop Science，1984，24(5)：933-937.

[19]徐小萬(wàn)，雷建軍，羅少波，等. 辣椒苗期耐熱耐濕鑒定方法的研究[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，23(5)：884-890.

[20]孟慶立，關(guān)周博，馮佰利，等. 谷子抗旱相關(guān)性狀的主成分與模糊聚類分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，42(8)：2667-2675.

[21]李貴全，張海燕，季 蘭，等. 不同大豆品種抗旱性綜合評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(12)：2408-2412.

[22]曹志華，吳中能，王 云，等. 不同竹種耐濕性生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)及其預(yù)測(cè)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(4)：203-205.

[23]柳新紅，何小勇，蘇冬梅，等. 翅莢木種源抗寒性綜合評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 林業(yè)科學(xué)，2007，43(10)：45-50.

[24]張慶昕，張玉霞，劉慶鵬，等. 33個(gè)油用向日葵品種種子萌發(fā)期抗鹽堿性的綜合評(píng)價(jià)[J]. 種子，2015，34(11)：23-25，30.